การได้ยิน ประโยชน์ของเสียง

1. การได้ยินเสียง

คลื่นเสียงเป็นสิ่งเร้า เมื่อคลื่นเสียงผ่านเข้าสู่ช่องหูส่วนนอก (External auditory canal)  ไปสู่หูส่วนกลาง (middle ear) ซึ่งมีเยื่อแก้วหู (lympanic membrane)   

คลื่นเสียงทำให้อากาศสั่นสะเทือนส่งผลให้เยื่อแก้วหูสั่น กระทบกับกระดูกหูรูปค้อน กระดูกรูปทั่งและกระดูกรูปโกลน ทำให้เกิดการสั่นสะเทือนไปยังของเหลว  Perilymph และของเหลว Endolymph  ในหูส่วนใน  ซึ่งคลื่นของเหลวนี้จะไปกระตุ้นเซลล์รับเสียงส่งต่อไปยังประสาทรับเสียง (auditory  nerve) ส่งไปยังศูนย์กลางรับเสียงในสมอง  ซึ่งแปลความรู้สึกเป็นเสียงต่างๆ


จากการศึกษาที่ผ่านมาทำให้เราทราบว่า การได้ยินเสียงของมุษย์ต้องขึ้นกับระดับความเข้มเสียง และความถี่เสียง ( 20 - 20,000 Hz )

การเริ่มได้ยินเสียงใดๆของมนุษย์จะขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ 2 อย่าง คือ ระดับความเข้มเสียง(ความดัง) และความถี่เสียงนั้น แสดงรายละเอียดในกราฟ


จากราฟ  เส้นด้านล่างแสดงขีดเริ่มของการเริ่มได้ยินเสียงของมนุษย์ จะเห็นว่าช่วงความถี่ต่ำ เช่นความถี่เสียง 100 Hz มนุษย์จะเริ่มได้ยินเสียงที่จะต้องมีระดับความเข้มเสียงถึง 40 dB  แต่เสียงความถี่ช่วงกลางๆ ช่วง 2,000 - 4,000 Hz  จะเริ่มได้ยินเสียงตั้งแต่ระดับความเข้มเสียงน้อยกว่า  0  dB 
กราฟเส้นบน แสดงขีดเริ่มการเจ็บปวดของหู เช่น เสียงความถี่ 2,000 Hz เมื่อมีระดับความเข้มเสียงเท่ากับ 120 dB จะเริ่มปวดหู
2. ประโยชน์ของเสียง

นอกจากเราจะใช้เสียงในการสื่อสารระหว่างมนุษย์ด้วยกันและกับสัตว์อื่น ๆ ยังมีการประยุกต์เอาเสียงไปใช้ในลักษณะต่างๆมากมาย เช่น

1. เสียงด้านวิศวกรรมและอุตสาหกรรม

วิศวกรใช้คลื่นเหนือเสียงในการตรวจสอบรอยร้าวหรือรอยตำหนิในโลหะ แก้วหรือ เซรามิก โดยการส่งคลื่นเสียงที่มีความถี่ในช่วง 500 กิโลเฮิรตซ์ ถึง 15เมกะเฮิรตซ์ ผ่านเข้าไปในชิ้นงาน ที่ต้องการตรวจสอบ แล้ววิเคราะห์ลักษณะของคลื่นสะท้อน หรือวิเคราะห์ลักษณะคลื่นที่รบกวนในคลื่นที่ผ่านออกไป วิธีนี้นอกจากจะใช้ตรวจสอบชิ้นงานประเภทโลหะหล่อ หรือเซรามิกแล้ว ยังถูกนำไปใช้ตรวจสอบยางรถยนต์ที่ผลิตใหม่ด้วย  เครื่องมือวัดความหนาของแผ่นโลหะ หรือวัสดุที่มีความแข็งอื่นๆ สามารถทำได้โดย ใช้คลื่นเหนือเสียง แม้คลื่นจะไม่สามารถทะลุถึงอีกด้านหนึ่ง ของผิวหน้าแผ่นโลหะนั้นได้ก็ตาม เช่น การตรวจสอบความหนาของหม้อต้มน้ำความดันสูงสำหรับโรงงานอุตสาหกรรมเป็นต้น
คลื่นเหนือเสียงพลังงานสูงยังถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางในการทำความสะอาดผิวของเครื่องใช้ขนาดเล็ก เช่น ชิ้นส่วนในนาฬิกาข้อมือและแว่นตา เป็นต้น เพื่อให้อนุภาคสกปรกที่จับเกาะผิวสั่นด้วยพลังงานของคลื่นเหนือเสียง เพราะความถี่ธรรมชาติของอนุภาคสกปรกตรงกันกับความถี่ธรรมชาติคลื่นเหนือเสียง  คลื่นจึงทำให้อนุภาคสกปรกเหล่านั้นหลุดจากผิวโลหะไปลอยปะปนไปในของเหลวที่โลหะแช่อยู่ 

 2. ด้านการแพทย์
การใช้เสียงย่านความถี่อุลตราโซนิค(เกิน 20,000 Hz) ในการตรวจวินิจฉัยทางการแพทย์  โดยอาศัยหลักการส่งคลื่นเข้าไปกระทบกับอวัยวะภายใน แล้อาศัยคุณสมบัติการสะท้อนของเสียงออกมา แล้วไปแปลงสัณญาณด้วยความพิวเตอร์เป็นภาพให้เห็นได้ เช่น การตรวจหาเนื้องอกในร่างกาย , ตรวจลักษณะความสมบูรณ์และเพศของทารกในครรภ์




การตรวจหัวใจด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง(Echocardiography)

เป็นการตรวจหัวใจโดยใช้เครื่องมือที่มี ประสิทธิภาพสูง ทำงานโดยอาศัยหลัก การส่งคลื่นเสียงความถี่สูงซึ่งส่งออก มาจาก ผลึกแร่ชนิดพิเศษ และเมื่อรับสัญญานคลื่นเสียงที่ส่งออกไป นำมาแปรสัณญาน เป็นภาพขึ้น จะทำให้สามารถเห็นการทำงาน ของหัวใจ ขณะกำลังบีบตัว และคลายตัว และโดยการใช้เทคโนโลยีอันทันสมัย ทำให้ เราสามารถเห็น การไหลเวียนของเลือดผ่านช่องหัวใจ ห้องต่างๆเป็นภาพสี และเห็นการทำงาน ปิด-เปิด ของลิ้นหัวใจทั้งสี่ลิ้นได้



3. ด้านการประมงค์และสำรวจใต้น้ำ

รูปแสดงเรือใช้คลื่น Sonar สำรวจใต้ทะเล

ส่งคลื่นเสียง ลงไปใต้น้ำเพื่อการตรวจหาฝูงปลา และสิ่งแปลกปลอมกีดขวางภายใต้ทะเลลึกและการวัดความลึกของท้องทะเลโดยใช้หลักการของการสะท้อนเสียง ซึ่งเรียกกันว่า "ระบบโซนาร์" 

หลักการทำงาน
          คลื่นเสียงความถี่สูงจะถูกส่งผ่านออกจากหัวตรวจที่เราเรียกว่า transducer ส่งไปที่หัวใจ ทำให้เกิดคลื่นเสียงสะท้อนกลับ เรียกว่า echo และระยะเวลา ที่ใช้ในการเดินทางของคลื่นเสียงสะท้อนกลับ จะแปรเปลี่ยนตามระยะทางที่ใช้ซึ่งก็คือ ระยะห่างของโครงสร้าง ต่างๆใน หัวใจ นั่นเอง แล้วคอมพิวเตอร์ในเครื่องจะทำการประมวลผลแปลสัญญาณออกมาเป็นภาพ
          ความถี่ที่ใช้ในการทำส่วนใหญ่จะอยู่ในช่วงประมาณ 2-10 MHz แต่ที่ใช้บ่อยที่สุดคือประมาณ 2.5-5MHz ซึ่งจะเห็นว่าเป็นย่านความถี่สูงกว่าความถี่เสียงที่คนเราได้ยินคือ 2-18KHz
           การใช้ความถี่ต่างกัน จะมีผลต่อความละเอียดของภาพและความสามารถในการส่งผ่านทะลุเข้าไปในเนื้อเยื่อ กล่าวคือ คลื่นความถี่ที่สูงกว่าจะให้ความละเอียดของภาพได้มากกว่า แต่ความสามารถในการทะลุเข้าเนื้อเยื่อจะได้น้อยกว่า ยกตัวอย่างเช่น ถ้าใช้คลื่นความถี่ 5MHz จะสามารถเห็นรายละเอียดของภาพได้ถึง 2 มิลลิเมตร ขณะที่คลื่นความถี่ 3MHz จะเห็นรายละเอียด ของภาพ ได้ในระดับ 3มิลลิเมตร แต่ขณะเดียวกันถ้าผู้ป่วยที่มีลักษณะอ้วนหรือตัวใหญ่           คลื่นที่มีความถี่สูงซึ่งทะลุเข้าเนี้อเยื่อได้น้อยกว่าคลื่นความถี่ต่ำกว่าก็อาจจะไม่สามารถมองเห็นภาพบางส่วนที่อยู่ลึกๆได้

กิจกรรม : ให้นักเรียนตอบคำถาม แล้วโพสลงในกล่องความคิดเห็นในหน้าแรก เพื่อแลกเปลี่ยนเรียนรู้